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高温煤气化动力学及两段式气化炉的模型研究

作　者: 胡文斌
导　师: 岳光溪
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 煤气化两段式热重分析动力学数学模型
分类号: TQ546
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 5次
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内容摘要

煤气化是洁净煤技术的重要组成部分。非熔渣-熔渣两段式气化工艺是具有自主知识产权的先进煤气化技术。建立模型是研究气化技术的非常有效的手段之一,而高温反应动力学的研究,则是煤气化技术研究和模型化的基础。本文首先利用程序升温的热重分析方法对 7 种不同煤样进行了煤的高温气化动力学的研究。利用 Coats-Redfern 的指数积分法来处理热重实验数据,得到7 种不同煤样和氧气以及二氧化碳反应的动力学参数。从热重曲线可以得知煤在氧气中的燃烧反应比在二氧化碳中的气化反应要容易进行的多,而且反应速率更快,反应时间更短。通过对煤气化动力学特征的分析发现煤的反应动力学特性和煤的化学组成息息相关,其中挥发份的含量和氢碳比越高,反应的活化能越小,而且它们基本呈线性关系。在化学反应动力学研究的基础上,结合两段式气化炉内的流动以及燃烧和气化反应特性,建立了两段式气化炉的动力学模型。该模型较为真实地反映了气化炉内的反应过程,并考虑了气化炉结构尺寸对气化过程和结果的影响。利用所建立的两段式气化炉模型,对等径式、颈缩式和渐扩式三种结构的两段式气化炉进行模型计算,得到温度、气体组成及其含量、碳转化率等参数沿气化炉炉膛的分布情况。同时利用模型预测了氧煤比、水煤浆浓度、二次氧比例和二次氧加入位置等操作条件变化对气化结果的影响。

全文目录

第1章课题背景  11-26
  1.1 煤气化是洁净煤的重要方向  11-14
    1.1.1 能源和环境现状  11-12
    1.1.2 煤气化的重要性  12-13
    1.1.3 国内外煤气化发展  13-14
  1.2 煤气化动力学研究  14-22
    1.2.1 煤气化动力学的研究方法  16-17
    1.2.2 煤气化动力学研究现状  17-20
    1.2.3 煤气化反应动力学模型  20-22
  1.3 气化炉模型  22-24
    1.3.1 热力学模型  22-23
    1.3.2 动力学模型  23-24
  1.4 本文的研究内容  24-26
    1.4.1 高温煤气化动力学  24-25
    1.4.2 两段式气化炉动力学模型  25-26
第2章高温煤气化动力学研究  26-34
  2.1 实验方法  26
  2.2 实验结果  26-28
  2.3 高温动力学参数的求取  28-30
  2.4 结果分析  30-34
    2.4.1 煤气化的Arrhenius 图  30
    2.4.2 煤气化动力学特征分析  30-34
第3章两段式煤气化简介及水煤浆气化理论  34-48
  3.1 两段式煤气化炉的结构和工艺流程  34-36
  3.2 水煤浆气化原理  36-43
    3.2.1 水煤浆气化过程  36-39
    3.2.2 气化炉内的流动  39-40
    3.2.3 气化过程各主要反应及其速率的确定  40-43
  3.3 两段式煤气化建模  43-48
    3.3.1 模型研究对象  43-44
    3.3.2 模型的建立  44-45
    3.3.3 模型的求解  45-46
    3.3.4 模型的验证  46-48
第4章两段式气化炉模型计算结果及分析  48-58
  4.1 两段式炉内的特性  48-50
  4.2 操作条件对气化结果的影响  50-58
    4.2.1 氧煤比的影响  50-52
    4.2.2 水煤浆浓度的影响  52-54
    4.2.3 二次氧气加入比例的影响  54-55
    4.2.4 二次氧气加入位置的影响  55-58
第5章结论及展望  58-60
  5.1 本文的主要贡献和结论  58
  5.2 进一步的工作和展望  58-60
参考文献  60-65
致谢与声明  65-66
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  66

高温煤气化动力学及两段式气化炉的模型研究

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